Caracterisation Et Mise En Oeuvre De Composants Sic Haute Tension Pour Lapplication Transformateur Moyenne Frequence En Traction Ferroviaire

Author : Andressa Nakahata medrado
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Download or read book Conception Tridimensionnelle optimisée d'un convertisseur de traction ferroviaire à base de carbure de silicium (Sic) written by Andressa Nakahata medrado and published by . This book was released on 2020 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'industrie ferroviaire se concentre sur les avantages de l'utilisation des dispositifs à grand gap dans les applications de traction. Dans le cadre du projet européen « Shift2rail », les avantages potentiels de l'utilisation des composants à base de carbure de silicium (MOSFET SiC) dans les futurs convertisseurs sont étudiés ainsi que les impacts potentiels sur la conception des modules. Les outils informatiques de simulation multi physique ont beaucoup progressé et permettent aujourd'hui une véritable chaîne de CAO, allant de la conception mécanique jusqu'à la simulation électrique complète, et en mettant en valeur l'intérêt d'une approche résolument orientée vers la simulation et l'optimisation. Cependant le désir est maintenant d'aller plus loin que la simple validation d'une solution via la simulation. L'enjeu est d'effectuer la conception via une méthodologie se basant sur des stratégies d'optimisation utilisant ces outils. En effet les implantations tridimensionnelles des composants pour réaliser les structures de conversion ont déjà mis en évidence certains défauts structurels comme des problèmes d'équilibrage des courants en dynamiques lors des commutations, qui conduisent à devoir surdimensionner ces composants : ces phénomènes seront clairement amplifiés avec l'usage de semiconducteurs aussi rapides que les MOSFETs SiC. Par ailleurs, des règles de dimensionnement usuelles issues de dizaines d'années d'expériences peuvent se retrouver inefficaces voire contre-productives face à cette rupture technologique que constitue l'emploi de semiconducteurs à grand gap.L'analyse des phénomènes au sein d'un convertisseur complexe de moyenne puissance (comme ceux utilisés dans les trains régionaux) n'est pas évidente vu le nombre des composants et la manière comme ils sont assemblés. Modéliser l'ensemble des connectiques (bus bars DC, bus bar de phase, bus bars de liaisons) et composants (condensateurs de filtrage, semi-conducteurs, condensateurs de découplage) en prenant en compte leur impact lors de la commutation des semi-conducteurs, notamment dû aux impédances parasites, est essentiel lors de l'analyse et de l'optimisation d'un système complexe. Cette thèse propose une méthodologie de conception basée sur la technologie actuelle (IGBT Si) du système de traction. Le but de ce travail est d'avoir des méthodes qui permettront alors de s'adapter plus facilement aux nouvelles contraintes imposées par des vitesse de commutations bien plus rapides. Une étude détaillée de la cellule de commutation est présentée, afin d'analyser comment dimensionner de manière optimale le condensateur de découplage à intégrer au plus près de la cellule de commutation. A partir d'analyses fréquentielles et temporelles, nous montreront comment améliorer le choix de ce composant clé du circuit de puissance, souvent dimensionné empiriquement et à l'aide de retour d'expérience.L'équilibrage dynamique des courants lors de la mise en parallèle des semi-conducteurs est aussi abordé dans cette thèse. L'origine de ces déséquilibres est à la fois due aux interconnexions de puissance, mais également aux interactions entre le circuit de puissance et la commande ("driver"). Cette étude nous amènera à mettre en œuvre une optimisation pour rendre la répartition des courants la plus équilibrée possible en modifiant la géométrie des circuits de grilles et d'émetteurs. Cependant l'approche générique proposée s'appliquerait tout à fait à une intégration plus large où des degrés de liberté seraient laissés sur la conception du module de puissance, en intégrant par exemple les capacités de découplage.